JPH01125988A - 太陽電池素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は結晶形シリコン太陽電池に係り、特に入射した
光の変換効率の向上に好適な太陽電池に関する。

〔従来の技術〕

Ｂ　Ｓ　Ｆ　（Ｂａｃｋ　５ｕｒｆａｃｅ　Ｆｉｅｌｄ
）太陽電池素子の光エネルギーの電気エネルギーへの変
換効率は、理論計算によればシリコン基板の厚さが少数
キャリヤ拡散長の半分程度、即ち１０μｍで最大となる
。又、太陽電池素子内部へ入射した光が素子の裏面で反
射され外部へ抜は出ることなく再び素子内部へ進入して
いき、太陽電池のおもて面で再び内部へ反射される構造
の即ち光のとじ込め（ｌｉｇｈｔｔｒａｐｐｉｎｇ）の
構造の太陽電池素子ではシリコン基板の厚さは薄ければ
薄い程、変換効率は高い。従って太陽電池素子は薄いシ
リコン基板を用い製作されることが望ましい。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術はシリコン基板の厚さを薄くすることによ
り、変換効率の向上を図っていたが反面薄くすることに
より太陽電池素子製作過程について配慮がされておらず
、製作中に破損しやすいと云う問題があった。

本発明の目的は使用シリコン基板の厚さを薄くすること
なく、高い変換効率の太陽電池素子を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、半導体基板の一方の主表面に隣接するｐ
型半導体層とそれに接触する電極の一部を基板領域側へ
突起状に形成することにより達成される。

〔作用〕

ｐ型層とそれに隣接する電極よりなる積層の一部を基板
領域側へ突出させる事により、太陽電池製作過程での熱
応力による反りの発生を防ぐ事ができる。さらに突起部
を設けたことにより基板領域の厚さを、実質的に薄くし
たことになる。

〔実施例〕

以下第１図を用いて、本発明の一実施例を説明する。

太陽電池１は、ｎ十型半導体層１４と、受光面となる一
方の主表面１７に設けた金属電極１３と、ｐ型の基板領
域１２である太陽電池ベースと、その裏面となる他方の
主表面１８にアルミニウムシリコン合金層１０と、ｐ十
型半導体層１１とを有している。このアルミニウムシリ
コン合金層１゜とｐ十型半導体層１１に形成される突起
状のアルミニウムシリコン合金層１０′、突起状のｐ十
型半導体層１１′が含まれる。このアルミニウムシリコ
ン合金層１０、ｐ十型半導体層１１、突起状のアルミニ
ウムシリコン合金層１０′、突起状のｐ中型半導体Ｍ１
１′は次の様にして形成される。

アルミニウムをＰ型半導体層の裏面に蒸着する事や、ア
ルミニウムペーストをその裏面に印刷した後アルミニウ
ムとシリコンとの共晶温度以上に加熱し、冷却すると共
晶合金反応及びアルミニウムのドーピング作用により、
アルミニウムシリコン合金層Ｌｏｐ十型半導体層１１が
形成される。次にレーザ光やランプ光のスポットを照射
し部分的に前記の加熱温度よりも高い温度で加熱し冷却
すると、同様の共晶合金反応により突起状のアルミニウ
ムシリコン合金１１０’　と、ｐ十型半導体層１１′が
形成される。

この突起部の深さをこの部分の太陽電池素子のベース厚
さが、ベースのキャリヤ拡散長の半分以下になる様にし
、突起部の裏面の全面積に対する割合を大きくして行く
と、太陽電池素子の変換効率は大きくなる。しかしなが
らアルミニウムシリコン合金層とシリコン基板との熱膨
張係数の違いに起因する、シリコン基板の反りが大きく
なり、その後の太陽電池素子製作過程で割れる割合が高
くなり歩留が低下する。従ってアルミニウムシリコン合
金層を部分的に突起状に深くすることにより、反り応力
発生を少なくしたものである。そして太陽電池素子の変
換効率向上の点に於いても、そのベースの厚さをベース
の少数キャリヤ拡散長の半分以下薄くすることによって
、始めて少数キャリヤの反射（ＢＳＦ効果）という物理
現象によって効果が呪われるので少なくとも、一部でも
この条件を満す様に深くするようにしたものである。

さらに太陽電池素子のベースは光学活性層であるためこ
のベースを薄くすることは、太陽光の吸収による光生成
電流を減らし、変換効率の低下が考えられるがこれは太
陽光がアルミニウムシリコン合金層が金属のため、この
部分で反射されるため、低下はほとんどなくむしろ受光
面接合に近い方向へ光の反射が起るため、変換効率は向
上する。この突起部の深さの最適値及び裏面に対する面
積の最適な割合は使用するシリコン基板の厚さやその少
数キャリヤ拡散長や結晶粒界、結晶欠陥の存在の有無や
機械的強度等によって異る。

多結晶キャストシリコン基板を使用した実施例に於いて
以下説明する。このシリコン基板の最初の厚さは４００
μｍで少数キャリヤ拡散長は約μｍのｎ十型半導体層１
４を形成する。そしてこの反対面（以後裏面と略す。）
にアルミニウムを含む印刷用ペーストをその厚さが約３
０μｍスクリーン印刷し、７５０Ｔ：１０分間、窒素雰
囲気中で加熱し、冷却して、約４０μｍの深さのアルミ
ニウムシリコン合金Ｆｓ１０及びこれと接するシリコン
基板上に約５μｍのｐ十型半導体層１１とを形成する。

しかる後、裏面より突起部の径が約１００μｍ、そのエ
ネルギーが約４ＫＷのレーザービームを約５　ｎ５ｅｃ
、照射し、突起状のアルミニウムシリコン合金層１０’
、ｐ生学導体Ｊｉｌ　１’をその深さが、約３００μｍ
となるようにして、この部分のベース１２の厚さが約５
０μｍになるようにする。このような突起状のアルミニ
ウムシリコン合金層１０．ｐ’　　　生型半導体層１１
′を裏面に多数形成する。この後受光面電極１３を形成
し、太陽電池素子とする。

本実施例によれば、突起状のアルミニウムシリコン合金
ＭＩＯ’、ｐ＋半導体層１１′の数を増すにつれ、太陽
電池素子の変換効率向上の効果がある。また突起状のア
ルミニウムシリコン合金層１０、ｐ’　　　生型半導体
層１１′が裏面の面積に対して、２０％以上の割合とな
ると、前記の反りの発生により歩留の低下が見られた。

さらにこの実施例において、突起状のアルミニウムシリ
コン合金層１０’　ｐ十型半導体層１１′を多結晶シリ
コン基板の結晶粒界の密度の高い部分に形成した場合、
及び受光面金属電極１３の下面の、電極による光の形部
のｐ型半導体層領域を含む部分に選択的に形成した場合
、置部の有効利用となり、著しい変換効率向上の効果が
ある。

牢畑−け 本発明の他の実施例を第２図により説明する。

この太陽電池素子はｎ型基板領域１２上に形成されたｎ
十型半導体層１４、ｎ型基板領域１２の下面に形成され
たｐ十型半導体層１１及び受光面側電極１３、裏面型Ｗ
Ａ（アルミニウムーシリコン合金層）１０で構成されて
いる。また、裏面電極１０及びｐ＋Ｆｉ１１から一部ス
パイク状に基板領域１２内に伸びたスパイク状アルミニ
ウムーシリコン合金ＷＪ１０′及びスパイク状Ｐ＋Ｆ１
１１’が含まれる。

このスパイク状アルミニウムーシリコン合金層Ｉよ １０’及びスパイク状ｐ＋　、５１１’第１図の実施例
と同じ方法で形成される。

かかる構成にすれば半導体基板の厚を薄くすることなく
実効的な基板領域を薄くすることができ、少数キャリア
拡散長の短い半導体基板を使用しても、低コストで変換
効率の高い太陽電池が得られる。

また、スパイク状のアルミニウムーシリコン合金層は光
の裏面反射効果をも有し、光の有効利用につながる。

また、ｐｎ接合１５が従来より長くなるためキャリアの
収集効率向上につながる。

七−一拌 本発明の更に他の実施例を第３図に基づいて説明する。

この太陽電池１はｐ十型ボロン拡散層１１、受光面側電
極となるアルミニウムシリコン合金層１０、ｐ＋シリコ
ン再成長層１１’、ｎ型の基板領域は太ＶｉＩ電池のベ
ース層、ｎ十型半導体層１４と裏面電極１３を有してい
る。この受光面側１０゜１１′は次の様にして形成され
る。

ｎ型基板領域１２に、例えばボロンを拡散し。

ｐ十型拡散層１１を形成し、端面及び裏面１１をエツチ
ングで除去した後、裏面にイオン打込み法で燐イオンを
打込みｎ十型半導体層１４を形成する。次にアルミニウ
ムペーストを用いて印刷法により１１上に電極パターン
を形成する。

次に、レーザー光やランプ光を前記電極上に照射する。

この時の照射条件は、照射部の温度がアルミニウムとシ
リコンの共晶反応温度以上となる条件である。その合金
反応により、アルミニウムシリコン合金７５１０．ｐ小
型シリコン再成長層かゝ′ １１′溝状に深く形成される。この１０．１１’ハ が形成される条件として、例えば、レーザー照射により
照射部の温度を７５０℃とすることにより、１２の深さ
が約５０μｍ、１３の厚さが約１０μｍ形成される。そ
して、裏面金属電極１３を裏面全面に形成する。

この実施例では、基板割れによる歩留りの低下はなく、
変換効率の大きな向上が見られた。

上記実施例では、アルミニウムペーストを用いて印刷法
にて電極パターンを形成しているが、アルミニウム蒸着
とホトリソグラフィー法にて電極パターンを形成しても
、同様の効果が実験により確認されている。

次に、本発明の別の実施例について述べる。ｐ型又はｎ
型の多結晶基板を用いて、上述の実施例と同様の製法で
太陽電池素子を製作した。ただし、本実施例では、アル
ミニウムシリコン合金層との ｐ小型シリコン再成長層を結晶粒界密度高い所へ選択的
に通常よりも多く形成した。この結果、変換効率の著し
い向上が見られた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ｐ十型層とそれに接触する電極金属よ
りなる積層の一部を基板領域側に突起させたことにより
、太陽電池素子の製作過程での熱応力による反りの発生
を防ぐことができるので、製作過程における破損防止の
効果がある。

さらに突起部を設けたことにより、基板領域の厚さを実
質的に薄くしたことになり、受光した光エネルギーを効
率良く電気エネルギーに変換できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である太陽電池の概略断面図
、第２図は本発明の他の実施例を示す概略断面図、第３
図は本発明の更に他の実施例を示す概略図である。 １０・・・アルミニウムシリコン合金層、１１・・・ｐ
＋型シリコン再成長層、１２・・・基板領域、１３・・
・金属、１４・・・ｎ十型層、１０’・・・突起状のア
ルミニウムシリコン合金Ｊｌ、１１’　・・・突起状の
Ｐ十型シリコン再成長層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、互いに反対側に位置する一対の主表面を有し、主表
   面間に位置する選ばれた導電型の基板領域、一方の主表
   面と基板領域との間に位置し基板領域より高不純物濃度
   を有するｎ型層、他方の主表面と基板領域との間に位置
   し基板領域より高不純物濃度を有するｐ型層を備える半
   導体基板と、 半導体基板の一方の主表面に形成された一方の主電極と
   、 半導体基板の他方の主表面に形成された他方の主電極と
   、 を具備し、一対の主表面のうちの選ばれた側を受光面と
   する太陽電池素子において、 上記ｐ型層及び上記他方の電極の一部を上記基板領域側
   に突出させたことを特徴とする太陽電池素子。 ２、上記基板領域がｐ型で上記一方の主表面を受光面と
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の太陽
   電池素子。 ３、上記基板領域がｎ型で上記一方の主表面を受光面と
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の太陽
   電池素子。 ４、上記基板領域がｎ型で上記他方の主表面を受光面と
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の太陽
   電池素子。 ５、上記ｐ型層をアルミニウムとシリコンの合金反応に
   よるｐ型シリコン再成長層とし、上記他方の電極をアル
   ミニウムとシリコンの合金反応によるアルミニウムシリ
   コン合金層とすることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項、第２項、第３項或いは第４項記載の太陽電池素子。 ６、上記ｐ型層の突起部の厚さが上記基板領域の少数キ
   ャリヤ拡散長以下であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項、第２項、第３項、第４項或いは第５項記載の
   太陽電池素子。 ７、上記突起部を上記ｐ型層の結晶粒界密度の高い部分
   に選択的に形成したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項、第２項、第３項、第４項、第５項或いは第６項記
   載の太陽電池素子。